본 논문에서는 직교 주파수 분할 다중 (orthogonal frequency division multiplexing: OFDM) 방식의 무선 전송 시스템에서 시간 오차가 (timing error) 존재할 때 주파수 옵셋을 (frequency offset) 추정하는 기법에 대해 다루었다. 시간 오차가 존재하면, 주파수 옵셋 추정식의 상관값이 (correlation value) 감소하게 되어 추정 성능의 감소를 가져온다. 이를 해결하기 위하여, 동기 위상 범위와 문턱값 기반의 주파수 옵셋 추정 기법을 제안하였다. 더불어 이를 기반으로 한 시간 오차 추정기법을 제안하였다. 제안한 기법의 성능을 평가하기 위해서 모의실험을 수행하였고, 제안한 기법이 기존 기법보다 연산 복잡도가 낮으며 시간 오차에 강인함을 확인하였다. 제안한 시간 오차 추정기법은 주파수 옵셋 재 추정에 사용될 수 있으며, 신뢰성 있는 추정값을 제공함을 보였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제6권7호
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pp.1792-1801
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2012
Symbol timing error amounts to a major degradation in the system performance. Conventionally, timing error is estimated by predefined preamble on both transmitter and receiver. The maximum of the correlation result is considered the start of the OFDM symbol. Problem arises when the prime path is not the strongest one. In this paper, we propose a new combined time and channel estimation method for multi-band OFDM ultra wide-band (MB-OFDM UWB) systems. It is assumed that a coarse timing has been obtained at a stage before the proposed scheme. Based on the coarse timing, search interval is set (or time candidates). Exploiting channel statistics that are assumed to be known by the receiver, we derive a maximum a posteriori estimate (MAP) of the channel impulse response. Based on this estimate, we discern for the timing error. Timing estimation performance is compared with the least squares (LS) channel estimate in terms of mean squared error (MSE). It is shown that the proposed timing scheme is lower in MSE than the LS method.
본 논문에서는 Multi-level PAM신호 방식을 사용하는 디지털 통신 시스템에 적합한 새로운 심볼 타이밍 복원알고리즘을 제시한다. 새로이 제안한 심볼 타이밍 복원 방식은 매 심볼 주기마다 다양한 신호레벨로 변하는 표본화된 심볼들의 변화량을 중간 샘플과 결정된 심볼들로 구한 기울기로 보상하여 타이밍 에러 함수를 추출한다. 종래의 심볼 타이밍 복원 방법들은 Multi-level PAM 신호에서는 충분한 성능을 발휘하지 못하였으나, 새로 제안된 방식은 QPSK뿐만 아니라 Multi-level PAM 신호에서도 적용 가능한 방식이다. 제안된 방식의 성능분석을 위하여 유도한 타이밍 에러함수의 분산 및 5-curve에서의 타이밍 에러 특성은 기존의 방식인 Gardner 방식과 Gardner방식을 수정한 방식과 비교한 바 성능이 더 우수함을 분석하였다.
In this paper, performances of different ultra-wideband (UWB) modulation schemes in the presence of timing jitter are evaluated and compared. Static and Rayleigh fading channels are considered. For fading channels, Oat and dispersive channels are assumed. First, bit error rate (BER) performances for each case are derived for a fixed value of timing jitter. Later, a uniform distribution of jitter is assumed to evaluate the performance of the system, and the theoretical results are verified by computer simulations. Finger estimation error is treated as timing jitter and an appropriate model is generated. Furthermore, a worst case distribution that provides an upper bound on the system performance is presented and compared with other distributions. Effects of timing jitter on systems employing different pulse shapes are analyzed to show the dependency of UWB performance on pulse shape. Although our analysis assumes uniform timing jitter, our framework can be used to evaluate the BER performance for any given probability distribution function of the jitter.
본 논문에서는 OQPSK(Offset Quadrature Phase Shift Keying) 변복조를 사용하는 수중음향통신에서 시간동기회복을 위해 기존의 Gardner TED(Timing Error Detector)에 Parabolic Peak Interpolation 을 사용하는 Peak Detector를 첨가하여 위상 수렴속도를 상승시켜 송신 데이터양의 감소를 도모하였다. Parabolic Peak Interpolation을 이용하여 지속적으로 국소 최대 또는 최소의 근사치로 이동한 후 Gardner TED를 적용하기 때문에 시간동기화 안정화를 속도를 빨리함으로써 Preamble 구간의 데이터양을 절반으로 줄일 수 있고 또한 Preamble 구간에서도 위상 수렴을 하지 못하는 임계치에서 제안한 방법을 시뮬레이션한 결과 임계점에서 BER(Bit Error Rate)이 약 23%정도 성능이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 실제 동해에서 수집한 데이터를 사용하여 기존의 Gardner TED만 사용하는 방법과 성능 비교 결과 송수신기 사이의 거리가 3 km 이었을 때 제안한 방법을 적용한 경우 기존의 방법에 비해 Converge speed가 1.4배 이상 상승하는 것을 확인할 수 있었고, BER측면에서도 약 20%정도 상승하는 것을 확인할 수 있었다.
MQASK 디지털 수신기의 타이밍 복원 루프에서는 self-noise의 영향으로 발생하는 타이밍 jitter에 의해 성능이 저하된다. 타이밍 jitter는 타이밍 복원 루프 내에 전치필터를 사용함으로써 해결할 수 있지만, 전치필터에 의해 루프지연이 발생하고, 타이밍 복원 루프의 안정성 및 acquisition 성능이 감소하게 된다. 또한, 전치필터에 의해 타이밍 복원 루프의 복잡도가 증가한다. 본 논문에서는 jitter-free 타이밍 복원 루프에서 전치필터로 인해 발생하는 루프지연을 제거하기 위해 정합필터, resampler, 그리고 전치필터의 기능을 포함한 다상필터 구조의 resampler를 제안하였다. 본 논문에서 제안한 다상필터 구조의 resampler를 사용한 타이밍 복원 루프에서는 타이밍 jitter를 제거하기 위해 사용된 전치필터로 인해 발생하는 루프지연을 해결함으로써 타이밍 복원 루프의 안정성을 향상시키고, 타이밍 jitter를 효과적으로 제거한다. 또한, 타이밍 복원 루프의 구조가 간단해지기 때문에 하드웨어 구현 시에 유리하다.
위상배열 레이다를 위한 마이크로웨이브 포토닉 (MWP) 시스템을 구현할 경우, 송수신되는 빔의 정확도를 위해서 잡음 및 시간 지연 오차는 최소화 되어야 한다. MWP 시스템에서의 시간 지연 오차는 신호의 잡음에 의해 발생하고 timing jitter에 기인한다. 본 논문에서는 위상배열 레이다를 위한 MWP 시스템에서의 잡음 및 timing jitter에 대하여 분석하였고 광 증폭기의 이득변화에 따른 잡음 및 timing jitter 변화를 실험을 통해 검증하였다. 광 증폭기에 의한 신호의 증폭율과 잡음의 증폭율이 동일할 때까지 신호를 증폭하면 timing jitter는 감소하고 신호의 SNR은 증가하는 것을 확인하였다.
This paper deals with a design of a symbol timing recovery circuit of QAM using the interpolation in AWGN channel. To reduce timing jitter and the amount of processing data, we employ MGA (Modified Gardner Algorithm) as a symbol timing error detector which is called NDA(Nondecision Directed Algorithm). We show the characteristics (S-curve and the variance) of timing error detector with the roll-off factor of a shaping filter, which are compared with GA. Also, we compare the BER curve of interpolation method with that of ideal case. The performance of the STR is shown to be close to that of ideal case. This result shows that this method can be useful to implement symbol timing recovery circuit for multi-level modulation.
본 논문에서는 고속 인터페이스 비트오류율(BER, Bit Error Rate)의 수학적 모델을 기반으로, 간단하고 정확하게 시간마진을 추정할 수 있는 '선형 근사화 추정법(linear approximation method)'을 제안하였다. 기존의 Q-factor를 이용한 추정법과 제안한 선형 근사화 추정법을 이용하여 $10^{-13}$ 이하의 BER을 얻기 위한 시간마진을 추정한 결과는 실측한 값과 비교할 때 약 0.03UI 정도의 작은 오차를 갖는다. 이 중 선형 근사화를 이용한 가속 자가내장측정법(built-in self test)을 내부 BERT(BER Tester)를 포함한 하드웨어로 구현하였다. 3Gbps, 95% 신뢰 수준에서 $10^{-13}$ BER 기준의 시간마진을 직접 측정하는데 소요되는 시간이 약 5.6시간인데 반해, 가속 자가내장측정법은 0.6초 이내에 유사한 정확도로 시간마진을 추정한다. 시간마진 추정치는 시간마진을 내부 BERT로 직접 측정한 값과 0.045UI 이하의 작은 오차를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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